A eletricidade pode fazer algo incrível: ela pode desmontar um composto. Passe uma corrente por um composto fundido ou dissolvido, e ele se divide em seus elementos.…
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4.1
Electrolysis · Eletrólise
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Define electrolysis as the decomposition of an ionic compound, when molten or in aqueous solution, by the passage of an electric current
8 Describe the transfer of charge during electrolysis to include: (a) the movement of electrons in the external circuit (b) the loss or gain of electrons at the electrodes (c) the movement of ions in the electrolyte
2 Identify in simple electrolytic cells: (a) the anode as the positive electrode (b) the cathode as the negative electrode (c) the electrolyte as the molten or aqueous substance that undergoes electrolysis
3 Identify the products formed at the electrodes and describe the observations made during the electrolysis of: (a) molten lead(II) bromide (b) concentrated aqueous sodium chloride (c) dilute sulfuric acid using inert electrodes made of platinum or carbon/graphite
9 Identify the products formed at the electrodes and describe the observations made during the electrolysis of aqueous copper(II) sulfate using inert carbon/graphite electrodes and when using copper electrodes
4 State that metals or hydrogen are formed at the cathode and that non-metals (other than hydrogen) are formed at the anode
5 Predict the identity of the products at each electrode for the electrolysis of a binary compound in the molten state
10 Predict the identity of the products at each electrode for the electrolysis of a halide compound in dilute or concentrated aqueous solution
11 Construct ionic half-equations for reactions at the anode (to show oxidation) and at the cathode (to show reduction)
6 State that metal objects are electroplated to improve their appearance and resistance to corrosion
7 Describe how metals are electroplated
Português
Central
Suplementar
1 Definir eletrólise como a decomposição de um composto iônico, quando fundido ou em solução aquosa, pela passagem de corrente elétrica
8 Descrever a transferência de carga durante a eletrólise para incluir: (a) o movimento de elétrons no circuito externo (b) a perda ou ganho de elétrons nos eletrodos (c) o movimento de íons no eletrólito
2 Identificar em células eletrolíticas simples: (a) o ânodo como o eletrodo positivo (b) o cátodo como o eletrodo negativo (c) o eletrólito como a substância fundida ou aquosa que sofre eletrólise
3 Identificar os produtos formados nos eletrodos e descrever as observações feitas durante a eletrólise de: (a) brometo de chumbo(II) fundido (b) cloreto de sódio aquoso concentrado (c) ácido sulfúrico diluído usando eletrodos inertes de platina ou carbono/grafite
9 Identificar os produtos formados nos eletrodos e descrever as observações feitas durante a eletrólise de sulfato de cobre(II) aquoso usando eletrodos inertes de carbono/grafite e quando usando eletrodos de cobre
4 Declarar que metais ou hidrogênio são formados no cátodo e que não-metais (outros que hidrogênio) são formados no ânodo
5 Prever a identidade dos produtos em cada eletrodo para a eletrólise de um composto binário no estado fundido
10 Prever a identidade dos produtos em cada eletrodo para a eletrólise de um composto halogeneto em solução aquosa diluída ou concentrada
11 Construir semi-equações iônicas para reações no ânodo (para mostrar oxidação) e no cátodo (para mostrar redução)
6 Declarar que objetos metálicos são galvanizados para melhorar sua aparência e resistência à corrosão
7 Descrever como os metais são galvanizados
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Electrolysis: ions discharge at the electrodes
Electrolysis 电解 is the breaking down (decomposition 分解) of an ionic compound 离子化合物 — when it is molten 熔融 or in aqueous 水溶液 solution — by passing an electric current 电流 through it.
It only works when the substance is molten or dissolved, because then the ions 离子 are free to move and carry the charge. A solid ionic compound cannot be electrolysed because its ions are locked in place.
The electrolytic cell
The set-up is called an electrolytic cell 电解池. Two electrodes 电极 (solid conductors) dip into the electrolyte 电解质 — the molten or aqueous substance being broken down.
The anode 阳极 is the positive ($+$) electrode.
The cathode 阴极 is the negative ($-$) electrode.
The electrodes are often inert 惰性 (they do not react), such as platinum 铂 or carbon/graphite 石墨.
What is formed at each electrode
There is a simple rule:
Metals 金属 or hydrogen 氢气 are formed at the cathode.
Non-metals 非金属 (other than hydrogen) are formed at the anode.
For aqueous solutions, the product can depend on whether the solution is dilute 稀 or concentrated 浓. Here are the three Core examples:
Electrolyte
At the cathode ($-$)
At the anode ($+$)
molten lead(II) bromide, $\text{PbBr}_2$
lead 铅 (silvery liquid)
bromine 溴 (red-brown vapour)
concentrated aqueous sodium chloride
hydrogen (bubbles of gas)
chlorine 氯气 (pale green gas)
dilute sulfuric acid 硫酸
hydrogen (bubbles of gas)
oxygen 氧气 (bubbles of gas)
Worked example. Predict the products of electrolysing molten zinc chloride, $\text{ZnCl}_2$. Because it is molten, only zinc ions and chloride ions are present - there is no water to complicate things. Zinc is a metal, so it forms at the cathode: $\text{Zn}^{2+}$ ions gain electrons and silvery zinc appears. Chlorine is a non-metal, so it forms at the anode: pale green chlorine gas bubbles off. Always check the state first. A molten compound simply gives you its own two elements, while an aqueous one brings water into the competition - which is why concentrated sodium chloride solution gives hydrogen at the cathode rather than sodium.
How the charge moves
During electrolysis:
Electrons 电子 move through the wires (the external circuit 外电路) from the power supply.
At the cathode, positive ions gain electrons. Gaining electrons is reduction 还原.
At the anode, negative ions lose electrons. Losing electrons is oxidation 氧化.
Inside the electrolyte, the ions move: positive ions go to the cathode and negative ions go to the anode.
You can write a half-equation 半反应式 for each electrode. For molten lead(II) bromide:
The product at the anode depends on the electrode:
With inert carbon electrodes: copper 铜 forms at the cathode and oxygen forms at the anode. The blue colour of the solution slowly fades as copper is removed.
With copper electrodes: copper forms at the cathode, while the anode itself dissolves into the solution. The blue colour stays the same. This is used to purify copper.
Electroplating
Electroplating 电镀 means covering a metal object with a thin layer of another metal. This improves its appearance and its resistance to corrosion 腐蚀 (rusting and wearing away).
To electroplate an object:
the object to be coated is made the cathode;
the plating metal is made the anode;
the electrolyte is a solution containing ions of the plating metal.
Português
Eletrólise: íons são descarregados nos eletrodos
Eletrólise 电解 é a decomposição (decomposition 分解) de um composto iônico 离子化合物 — quando está fundido 熔融 ou em solução aquosa 水溶液 — passando uma corrente elétrica 电流 através dele.
Uma célula de eletrólise divide um composto usando uma corrente elétrica.
Só funciona quando a substância está fundida ou dissolvida, porque então os íons 离子 estão livres para se mover e carregar a corrente. Um composto iônico sólido não pode ser eletrolisado porque seus íons estão travados no lugar.
Eletrólise da água: bolhas de gás saem em cada eletrodo e se acumulam nos tubos acima, com cerca de duas vezes mais hidrogênio do que oxigênio
A célula eletrolítica
A configuração é chamada de célula eletrolítica 电解池. Dois eletrodos 电极 (condutores sólidos) mergulham no eletrólito 电解质 — a substância fundida ou aquosa sendo decomposta.
O ânodo 阳极 é o eletrodo positivo ($+$).
O catodo 阴极 é o eletrodo negativo ($-$).
Os eletrodos são frequentemente inertes 惰性 (não reagem), como platina 铂 ou carbono/grafite 石墨.
O que é formado em cada eletrodo
Existe uma regra simples:
Metais e hidrogênio formam-se no catodo; ametais no ânodo
Metais 金属 or hidrogênio 氢气 são formados no cátodo.
Não-metais 非金属 (exceto hidrogênio) são formados no ânodo.
Para soluções aquosas, o produto pode depender se a solução é diluída 稀 ou concentrada 浓. Aqui estão os três exemplos centrais:
Eletrólito
No cátodo ($-$)
No ânodo ($+$)
brometo de chumbo(II) fundido, $\text{PbBr}_2$
chumbo 铅 (líquido prateado)
bromo 溴 (vapor vermelho-acastanhado)
cloreto de sódio aquoso concentrado
hidrogênio (bolhas de gás)
cloro 氯气 (gás verde-claro)
ácido sulfúrico diluído sulfuric acid 硫酸
hidrogênio (bolhas de gás)
oxigênio 氧气 (bolhas de gás)
Exemplo resolvido. Preveja os produtos da eletrólise do cloreto de zinco fundido, $\text{ZnCl}_2$. Como está fundido, apenas íons de zinco e íons de cloreto estão presentes - não há água para complicar as coisas. O zinco é um metal, então forma-se no cátodo: $\text{Zn}^{2+}$ íons ganham elétrons e zinco prateado aparece. O cloro é um não-metal, então forma-se no ânodo: gás cloro verde-claro borbulha para fora. Sempre verifique o estado primeiro. Um composto fundido simplesmente fornece seus próprios dois elementos, enquanto um aquoso traz a água para a competição - é por isso que a solução de cloreto de sódio concentrada dá hidrogênio no cátodo em vez de sódio.
Como a carga se move
Durante a eletrólise:
Elétrons 电子 movem-se através dos fios (o circuito externo 外电路) a partir da fonte de alimentação.
No cátodo, íons positivos ganham elétrons. Ganhar elétrons é redução 还原.
No ânodo, íons negativos perdem elétrons. Perder elétrons é oxidação 氧化.
Dentro do eletrólito, os íons movem-se: íons positivos vão para o cátodo e íons negativos vão para o ânodo.
Você pode escrever uma equação de semirreação 半反应式 para cada eletrodo. Para o brometo de chumbo(II) fundido:
No brometo de chumbo(II) fundido, $\text{Pb}^{2+}$ move-se para o cátodo e $\text{Br}^-$ para o ânodo, onde cada um é descarregado
Eletrólise de sulfato de cobre(II)
O produto no ânodo depende do eletrodo:
Com eletrodos de carbono inertes: cobre 铜 forma-se no cátodo e oxigênio forma-se no ânodo. A cor azul da solução desbota lentamente à medida que o cobre é removido.
Com eletrodos de cobre: cobre forma-se no cátodo, enquanto o próprio ânodo dissolve-se na solução. A cor azul permanece a mesma. Isso é usado para purificar o cobre.
Galvanoplastia
Galvanoplastia 电镀 significa cobrir um objeto metálico com uma fina camada de outro metal. Isso melhora sua aparência e sua resistência à corrosão 腐蚀 (ferrugem e desgaste).
Para galvanoplastiar um objeto:
o objeto a ser revestido torna-se o cátodo;
o metal de revestimento torna-se o ânodo;
o eletrólito é uma solução contendo íons do metal de revestimento.
Para galvanizar, faça do objeto o catodo e do metal de revestimento o ânodo, em uma solução dos íons do metal de revestimento
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Dentro de uma célula de eletrólise
Escolha um eletrólito e observe os iões moverem-se: iões positivos para o cátodo, iões negativos para o ânodo.
It is useful to compare a fuel cell with a normal petrol (gasoline) engine in a vehicle.
Hydrogen–oxygen fuel cell
Petrol engine
Main product
water only
carbon dioxide and pollutants 污染物
Effect on air
clean
adds to air pollution
Fuel storage
hydrogen is hard and dangerous to store (flammable, needs high pressure)
petrol is easy to store
Source
hydrogen may be made using fossil fuels
made from crude oil
Advantages of the fuel cell: the only product is water, so it does not pollute the air, and it changes chemical energy into electricity efficiently. Disadvantages: hydrogen is hard to store and transport safely, and producing the hydrogen can still use energy from fossil fuels.
Português
Uma pilha a combustível 燃料电池 usa hidrogênio e oxigênio para gerar eletricidade diretamente. O único produto químico é a água.
Uma pilha a hidrogênio-oxigênio converte energia química diretamente em eletricidade, com água como único produto
É útil comparar uma pilha a combustível com um motor a gasolina normal em um veículo.
Pilha a hidrogênio-oxigênio
Motor a gasolina
Produto principal
apenas água
dióxido de carbono e poluentes 污染物
Efeito no ar
limpo
aumenta a poluição do ar
Armazenamento de combustível
hidrogênio é difícil e perigoso de armazenar (inflamável, precisa de alta pressão)
gasolina é fácil de armazenar
Fonte
hidrogênio pode ser produzido usando combustíveis fósseis
obtida do petróleo bruto
Vantagens da pilha a combustível: o único produto é a água, então não polui o ar, e ela converte energia química em eletricidade eficientemente. Desvantagens: o hidrogênio é difícil de armazenar e transportar com segurança, e produzir o hidrogênio ainda pode usar energia de combustíveis fósseis.
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Dentro de uma célula a combustível de hidrogênio-oxigênio
Passe por uma célula a combustível. Hidrogênio e oxigênio combinam para formar água, e a energia dessa reação é liberada como eletricidade — sem dióxido de carbono.
At the cathode (negative) you get a metal or hydrogen; at the anode (positive) you get a non-metal. Positive ions move to the cathode, negative ions to the anode.
A molten compound just gives its two elements. An aqueous solution can give something different (concentrated sodium chloride gives hydrogen and chlorine, not sodium).
Reduction is gain of electrons (at the cathode); oxidation is loss of electrons (at the anode). Remember OIL RIG.
In a half-equation the atoms and the charges must balance, with the electrons on the correct side: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cathode).
To electroplate an object, make it the cathode, make the plating metal the anode, and use a solution containing ions of the plating metal.
Português
No cátodo (negativo) você obtém um metal ou hidrogênio; no ânodo (positivo) você obtém um não-metal. Íons positivos movem-se para o cátodo, íons negativos para o ânodo.
Um composto fundido apenas fornece seus dois elementos. Uma solução aquosa pode dar algo diferente (cloreto de sódio concentrado dá hidrogênio e cloro, não sódio).
Redução é ganho de elétrons (no cátodo); oxidação é perda de elétrons (no ânodo). Lembre-se de OIL RIG.
Em uma equação de semirreação os átomos e as cargas devem estar equilibrados, com os elétrons no lado correto: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cátodo).
Para galvanoplastiar um objeto, torne-o o cátodo, torne o metal de revestimento o ânodo e use uma solução contendo íons do metal de revestimento.
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